CC BY
33
СЕМИНАР 16
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© Н.И. Бабичев, Ю.В. Либер, 2001
УДК 622.234.5
Н.И. Бабичев, Ю.В. Либер
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И КВАРЦЕВОГО ПЕСКА
После распада СССР в России произошло резкое сокращение объемов производства минерального сырья и, в частности, различных строительных материалов способом гидромеханизации - с 1 миллиарда м3 горной массы в год в 1988 году до 300
3
миллионов м в настоящее время, причем не столько вследствие экономических обстоятельств, сколько в силу политических причин. Это усугубляется усложнением горно-геологических условий разрабатываемых месторождений, отказом многих территорий от производства работ, так называемым "открытым способом", потерями квалифицированных кадров, удушающим действием налоговой системы.
Одной из приоритетных задач промышленности строи-тельных материалов России является возобновление добычи этого сырья. В связи с тем, что на территории России в настоящее время практически не ведутся геологоразведочные работы по выявлению месторождений строительных материалов, существенный прирост добычи минерального сырья может быть обеспечен за счет промышленного освоения уже разведанных запасов, а также запасов на действующих карьерах в том числе и залегающих на значи-
тельных глубинах и поэтому, как правило, обводненных,.
Проблему добычи в таких условиях можно решить путем перехода на гидравлическую добычу обводненных и погребенных залежей с использованием элементов технологии и технических средств способа скважинной гидродобычи (СГД) при котором разрушаемые гидромониторными струями полезные ископаемые в виде гидросмеси выдаются на поверхность [1].
Технология СГД прошла успешное опытно-промыш-ленное опробование при добыче богатых железных руд КМА с глубин 600-900 м, титано-цирконовых песков в Европейской части России и Сибири с глубин 80-100м, поэтому разработка залежей песчано-гравийных смесей и кварцевого песка для технических средств СГД не представляет особой сложности..
Одновременно с разработкой технологии и технических средств, способ СГД, прошел опытно-промышленную проверку при добыче строительных материалов и нерудного сырья. В 1988-1991 гг. до начала гражданской войны и распада федерации в СФРЮ на предприятии "Колубара" велась успешная добыча кварцевого песка, зале-
гающего на глубине 50-60 м ниже дна действующего карьера по добыче бурового угля. Пласт кварцевого песка мощностью 15-20 м, перекрытый слоем песчано-глинистых пород, мощностью 40 метров отрабатывался через скважины диаметром 269 мм, обсаженных трубами диаметром 219 мм. Двухтрубный добычной снаряд СГС-3 имел диаметр наружной колонны 168 мм и внутренний пульпоподъемной колонны 108 мм. Вода от насоса, создающего напор 5^6 МПа с расходом 150 м3/час подавалась в межтрубное пространство и в нижнем оголовке разделялась на два потока. Один направлялся к встроенному гидромонитору, а другой к гидроэлеватору. Соотношение потоков менялось в зависимости от высоты подъема пульпы. Производительность добычи составляла 60^80 м3/час при объеме добычи из одной скважины 500^750 м3 (1000^1500т).
В процессе этих работ в связи с большой скоростью струи в гидроэлеваторе и возникающей при этом кавитации был отмечен положительный эффект -разрушение и отмыв пленок окислов железа с поверхности кварцевых зерен, приводящих к резкому снижению содержания железа.
В соответствии с техническим проектом, силами Усин-ской ГРЭ ПГО "Полярурал-геология" и совместно с коллективом разработчиков скважинной гидротехнологии (СГТ) в сентябре - октябре 1990 г. успешно выполнены опытные работы по гидродобыче разнозернистых песков из под слоя многолетне мерзлых пород с глубины 70-75 м в районе Харьягин-ской нефтяной структуры для строительства дорог и отсыпки оснований под буровые.
На выбранном в районе нефтяного месторождения участке
был смонтирован поверхностный добычной комплекс, включающий насосную станцию водозабора, насосную станцию высокого давления, буровую установку УРБ-3АМ и сеть высоконапорных и низконапорных трубопроводов с запорной и контрольно-измерительной аппаратурой, а также объекты энергоснабжения: подстанция
комплектная; пускорегулирующие устройства электротехнического оборудования, кабельные линии и сети заземления.
В пробуренной и обсаженной скважине с буровой установки гидродобычной агрегат СГС-3 (разработка НПЦ «Геотехнология») посредством гибких шлангов (76 мм и 150 мм) агрегат соединялся с сетью рабочего водоснабжения и пульповодом. При помощи лебедки бурового станка производилась установка его на проектную глубину 74 м. Включение в работу осуществлялось подачей напорной воды ^=150 м3/час Н.= 5,6 МПа) на размывающую и эжекторную насадки скважинного снаряда. Разрушенная высоконапорной струей воды горная масса транспортировалась по пульповоду на поверхность и складировалась в отстойник.
Замеры показали, что производительность добычи составляла 60-70 м3/час. Объем добычи 1000 м3 горной массы из скважины.
Таким образом, практически была доказана возможность промышленной добычи строительного песка с глубины более 70 м в условиях Крайнего Севера, обеспечивая при этом рациональную и эффективную эксплуатацию запасов песка, погребенного под слоем многолетнемерзлых пород.
В 1993-95 г. на базе запасов Тарского месторождения акционерным обществом "Цирконгео-логия" построен опытно-
промышлен-ный участок по скважинной гидродобыче рудных песков производственной мощностью 40 тыс. м3 песков в год, который фактически является единственным в настоящее время действующим предприятием СГД в России.
Исходные рудные пески россыпи кроме основных минералов - ильменита, рутила и циркона содержат 80% кварца.
Рудовмещающий горизонт мощностью в среднем 8 м перекрыт водонасыщенными, без-рудными разнозернистыми с примесью гравия песками мощностью до 60 м. Горизонт подземных вод, связанный с акваторией реки Иртыш, находится на глубине 1-2м от поверхности.
Такие сложные условия залегания россыпи предопределили способ СГД как единственно возможный в данных горногеологических и гидрогеологических условиях [2]. Применение для разработки Тарской россыпи технологии СГД дало необходимую основу для достижения указанных целей в кратчайшие сроки и с минимальными начальными инвестициями.
Выполнение добычных работ в условиях неустойчивой налегающей толщи потребовало разработки специальной технологии очистной выемки отдельными секторами с вынесением секторами зоны подработки массива в сторону от буровой установки, монтируемой на опорной передвижной конструкции (НУУ) длиной 14 м с центром тяжести удаленным от передней части НУУ в сторону незатронутого подработкой массива, что обеспечивает безопасность людей и оборудования на поверхности.
Для разработки опытного блока Тарской россыпи предложена и опробована система СГД с обрушением руды и вмещающих пород. Добычные работы осуществлялись скважинными
гидродобычными снарядами СГС-3 путем размыва рудной залежи с образованием очистной выработки с пролетом до 10-12 м, что, обеспечивает процесс са-мообрушения кровли и быстрого в течение 20-30 часов выхода зоны сдвижения на поверхность. Рудная пульпа выдается гидроэлеватором на поверхность,
транспортируется на промежуточный склад песков и далее на обогатительную установку модульного типа для первичного обогащения. Наземно-управляю-щая установка обеспечивает
проведение всех необходимых операций по спуску, подъему и управлению добычным снарядом.
Внешний диаметр става 168 мм , диаметр проходного сечения камеры смешения -50 мм, диаметр пульпоподъемного става 108 мм. Энергетическая вода к СГС-3 подавалась насосной станцией ЦНС-180/425, а также дизельной установкой ПНУ-200 под давлением 4,0-4,5 Мпа.
В процессе опытных работ средняя производительность снаряда составила 29 м3/час, достигая на отдельных скважинах 40 м3/час. Объем извлекаемых песков через одну скважину составил 400-800 м3 (800-1600 т). Было установлено, что объем добытых рудных песков зависит от времени работ. В случае длительных остановок начинается интенсивное перетекание пород кровли в добычную камеру и происходит разубоживание рудных песков. Увеличение времени добычи приводит к превышению допустимого времени устойчивости кровли, что приводит в свою очередь к ее обрушению и прекращению добычи. По опыту работ время выхода обрушения на поверхность составило 20-30 часов от начала добычи.
Последствия добычных работ проявлялись в виде проседаний
и провалов поверхности, представляющих собой замкнутое углубление по форме близкой к кругу равной вынимаемой мощности и диаметром 8-10 м.
В связи с этим, целью рекультивации на участке добычных работ было восстановление ландшафта и нормальных экологических условий местности, осуществляемой путем засыпки провалов пустыми породами, нанесением почвенно-растительного слоя и планировки поверхности. [3].
В 2000-2001 гг. специалистами НПЦ "Геотехноло-гия" в соответствии с Лицензией Гос-
гортехнадзора России
ООПР/009870 были разработаны проекты по добыче песчаногравийных смесей и кварцевого песка на нескольких объектах в Европейской части России, предполагаемых к внедрению в 2001 году. Глубина разработки при этом составит от 30 до 70 м, т.е. практически недостижимой для выпускаемых в настоящее время отечественных земснарядов и экскваторов-драглайнов.
Организация производства различных строительных материалов и стекольного песка из обводненных месторождений вблизи от места потребления по-
зволит существенно снять дефицит сырья для местной промышленности стройматериалов, а также при сооружении автомобильных и железных дорог в различных регионах России. Новой технологии свойственны минимальное воздействие на окружающую среду при значительном сокращении затрат на производство, улучшения качества продукции (за счет отмыва и разделения по классам крупности) а также значительное снижение стоимости продукции и затрат на транспорт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бабичев Н.И., Николаев А.Н. Скважинная гидротехнология - основа высокоэкономичных малых предприятий по добыче твердых полезных ископаемых, Горный журнал №4,1996г
2. Метод скважинной гидродобычи минеральных ресур-
сов Бабичев Н.И. Дмитриев В.А., Абрамов Г.Ю., Павельев В.Ф. Патент США №5 031. 963 от 16 07. 1991
3. Способ разработки пологозалегающих месторождений Бабичев Н.И., Николаев А.Н., Фролов П.А., Либер Ю.В. Патент РФ № 2086767 от 10 08. 1997
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Бабичев Николай Игоревич - действительный член Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, член-корр. РАЕН профессор, доктор технических наук, Генеральный директор НПЦ "Г еотехнология".
Либер Юрий Васильевич - зам. генерального директора НПЦ "Геотехнология".
